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液罐车整车刚柔耦合仿真与罐体疲劳分析
| 论文题名： | 液罐车整车刚柔耦合仿真与罐体疲劳分析 |
| 关键词： | 液罐车;刚柔耦合;流固耦合;疲劳分析;耦合模型 |
| 摘要： | 随着工业化进程的加快，液罐车辆在公路运输中所承担的体量飞速增加，关于液罐车等专用车辆的安全问题的研究，对于交通运输安全有着极大影响。从车辆设计角度出发，液罐车厂商往往在所需底盘交付前就需要提前完成上装总成的匹配设计，而实车测试的所需的时间周期难以满足实际生产需求，考虑到液罐车在使用过程中不断承受路面振动与液体冲击载荷，如何对车辆使用过程中的载荷进行提取，并对上装总成的疲劳寿命进行预测是关乎专用车辆使用安全中不可或缺的一部分。 本文以某液罐车为研究对象，建立罐体上装总成（包含罐体、副车架及附件等）的有限元模型，进行模态分析并提取其模态中性文件，结合相关标准对上装部分的静态强度进行了验证；建立液罐车整车刚柔耦合仿真模型，结合使用工况，对液罐上装系统与底盘连接点（以下简称上装点）处所受载荷进行提取，利用流固耦合方法对上装总成进行液体冲击疲劳分析，根据上装点处动载荷信号对罐体进行振动疲劳分析。本文的具体工作包括： 根据企业提供的三维模型，在Hypermesh中建立包含简化液体模型的液罐上装总成有限元模型，进行模态分析后提取用于建立整车刚柔耦合模型的模态中性文件（MNF），然后根据GB18564.1-2019标准，在ABAQUS中针对制动、转弯以及垂直下落三种工况，对罐体静态强度进行验证，为后期疲劳分析提供有益的帮助。 在ADAMS/Car中建立液罐车整车多刚体模型，然后导入上装系统MNF建立整车刚柔耦合模型，仿真计算两个模型在不同路面下的罐体质心加速度响应进行对比验证。结合车辆实际使用工况，在匀速、加速、制动及转弯工况下进行仿真分析，提取系统上装点处动载荷以及液罐质心加速度，分别用于上装总成的振动疲劳与冲击疲劳分析。 使用时间序列加载方式的SN疲劳分析方法在nCode中进行疲劳分析。针对振动疲劳分析，为得到系统上装点各载荷通道单位载荷作用下的静态应力场，首先对罐体进行惯性释放分析，然后利用整车刚柔耦合模型仿真分析中提取的上装点载荷谱，结合材料SN曲线实现上装总成振动疲劳分析；对于冲击疲劳分析，首先在ANSYSWorkbench中利用TransientStructural与Fluent模块建立流固耦合仿真模型，利用整车仿真得到的各工况下液罐质心加速度进行加载，分析流体冲击作用下的罐体应力场，然后在nCode中完成上装总成冲击疲劳分析。结果表明，液罐车上装总成的疲劳寿命符合设计要求。 |
| 作者： | 卜庆祥 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 马天飞 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 吉林大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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